बायोएनेर्जी स्कुलचेव व्लादिमीर पेट्रोविच के बारे में कहानियां

एटीपी कहाँ और कैसे बनता है?

एटीपी कहाँ और कैसे बनता है?

पहली प्रणाली जिसके लिए एटीपी गठन के तंत्र को स्पष्ट किया गया था, ग्लाइकोलाइसिस था, एक सहायक प्रकार की ऊर्जा आपूर्ति जो ऑक्सीजन की कमी की स्थिति में चालू होती है। ग्लाइकोलाइसिस के दौरान, ग्लूकोज अणु आधे में विभाजित हो जाता है और परिणामी टुकड़े लैक्टिक एसिड में ऑक्सीकृत हो जाते हैं।

इस तरह के ऑक्सीकरण ग्लूकोज अणु के प्रत्येक टुकड़े में फॉस्फोरिक एसिड के अलावा, यानी उनके फॉस्फोराइलेशन के साथ जुड़ा हुआ है। ग्लूकोज के टुकड़ों से एडीपी में फॉस्फेट अवशेषों के बाद के हस्तांतरण से एटीपी का उत्पादन होता है।

इंट्रासेल्युलर श्वसन और प्रकाश संश्लेषण के दौरान एटीपी गठन का तंत्र लंबे समय तक पूरी तरह से अस्पष्ट रहा। यह केवल ज्ञात था कि इन प्रक्रियाओं को उत्प्रेरित करने वाले एंजाइम जैविक झिल्लियों में निर्मित होते हैं - सबसे पतली फिल्में (एक सेंटीमीटर मोटी का लगभग दस लाखवां हिस्सा) जिसमें प्रोटीन और फॉस्फोराइलेटेड वसा जैसे पदार्थ होते हैं - फॉस्फोलिपिड।

झिल्ली किसी भी जीवित कोशिका का सबसे महत्वपूर्ण संरचनात्मक घटक है। कोशिका की बाहरी झिल्ली प्रोटोप्लाज्म को कोशिका के आसपास के वातावरण से अलग करती है। कोशिका नाभिक दो झिल्लियों से घिरा होता है जो परमाणु झिल्ली बनाती हैं - नाभिक (न्यूक्लियोप्लाज्म) की आंतरिक सामग्री और शेष कोशिका (साइटोप्लाज्म) के बीच एक बाधा। केंद्रक के अलावा, जंतुओं और पौधों की कोशिकाओं में झिल्लियों से घिरी कई और संरचनाएं पाई जाती हैं। यह एंडोप्लाज्मिक रेटिकुलम है - छोटी नलियों और सपाट टैंकों की एक प्रणाली, जिसकी दीवारें झिल्लियों द्वारा बनती हैं। ये, अंत में, माइटोकॉन्ड्रिया - गोलाकार या लम्बी पुटिकाएं होती हैं जो नाभिक से छोटी होती हैं, लेकिन एंडोप्लाज्मिक रेटिकुलम के घटकों से बड़ी होती हैं। माइटोकॉन्ड्रिया का व्यास आमतौर पर एक माइक्रोन के बारे में होता है, हालांकि कभी-कभी माइटोकॉन्ड्रिया दसियों माइक्रोन की लंबाई के साथ शाखाओं में बंटी और जालीदार संरचनाएं बनाते हैं।

हरे पौधों की कोशिकाओं में, नाभिक, एंडोप्लाज्मिक रेटिकुलम और माइटोकॉन्ड्रिया के अलावा, क्लोरोप्लास्ट भी पाए जाते हैं - माइटोकॉन्ड्रिया से बड़े झिल्ली पुटिका।

इनमें से प्रत्येक संरचना अपना विशिष्ट जैविक कार्य करती है। इस प्रकार, नाभिक डीएनए की सीट है। यहां, कोशिका के आनुवंशिक कार्य के अंतर्गत आने वाली प्रक्रियाएं होती हैं, और प्रक्रियाओं की एक जटिल श्रृंखला शुरू होती है, जो अंततः प्रोटीन संश्लेषण की ओर ले जाती है। यह संश्लेषण सबसे छोटे कणिकाओं - राइबोसोम में पूरा होता है, जिनमें से अधिकांश एंडोप्लाज्मिक रेटिकुलम से जुड़े होते हैं। माइटोकॉन्ड्रिया में, ऑक्सीडेटिव प्रतिक्रियाएं होती हैं, जिनकी समग्रता को इंट्रासेल्युलर श्वसन कहा जाता है। क्लोरोप्लास्ट प्रकाश संश्लेषण के लिए जिम्मेदार होते हैं।

जीवाणु कोशिकाएं सरल होती हैं। आमतौर पर उनके पास केवल दो झिल्ली होती हैं - बाहरी और आंतरिक। एक जीवाणु एक बैग में एक बैग की तरह होता है, या यों कहें, एक बहुत छोटी शीशी जिसमें दोहरी दीवार होती है। कोई नाभिक नहीं है, कोई माइटोकॉन्ड्रिया नहीं है, कोई क्लोरोप्लास्ट नहीं है।

एक परिकल्पना है कि माइटोकॉन्ड्रिया और क्लोरोप्लास्ट एक बड़े और उच्च संगठित प्राणी की कोशिका द्वारा पकड़े गए बैक्टीरिया से उत्पन्न हुए हैं। दरअसल, माइटोकॉन्ड्रिया और क्लोरोप्लास्ट की जैव रसायन कई तरह से बैक्टीरिया से मिलती जुलती है। मॉर्फोलॉजिकल रूप से, माइटोकॉन्ड्रिया और क्लोरोप्लास्ट भी एक निश्चित अर्थ में बैक्टीरिया के समान होते हैं: वे दो झिल्लियों से घिरे होते हैं। तीनों मामलों में: बैक्टीरिया, माइटोकॉन्ड्रिया और क्लोरोप्लास्ट में, एटीपी संश्लेषण आंतरिक झिल्ली में होता है।

लंबे समय से यह माना जाता था कि श्वसन और प्रकाश संश्लेषण के दौरान एटीपी का निर्माण ग्लाइकोलाइसिस के दौरान पहले से ही ज्ञात ऊर्जा रूपांतरण के समान होता है (विभाजित पदार्थ का फॉस्फोराइलेशन, इसका ऑक्सीकरण और फॉस्फोरिक एसिड अवशेषों का एडीपी में स्थानांतरण)। हालाँकि, इस योजना को प्रयोगात्मक रूप से साबित करने के सभी प्रयास विफल रहे।

एटीपी सबलिंगुअल टैबलेट और इंट्रामस्क्युलर / अंतःशिरा प्रशासन के लिए समाधान के रूप में उपलब्ध है।

एटीपी का सक्रिय पदार्थ सोडियम एडेनोसिन ट्राइफॉस्फेट है, जिसका अणु (एडेनोसिन-5-ट्राइफॉस्फेट) जानवरों के मांसपेशियों के ऊतकों से प्राप्त होता है। इसके अलावा, इसमें पोटेशियम और मैग्नीशियम आयन होते हैं, हिस्टिडीन एक महत्वपूर्ण अमीनो एसिड है जो क्षतिग्रस्त ऊतकों की बहाली में भाग लेता है और इसके विकास के दौरान शरीर के समुचित विकास के लिए आवश्यक है।

एटीपी . की भूमिका

एडेनोसिन ट्राइफॉस्फेट एक मैक्रोर्जिक (ऊर्जा जमा करने और स्थानांतरित करने में सक्षम) यौगिक है जो मानव शरीर में विभिन्न ऑक्सीडेटिव प्रतिक्रियाओं और कार्बोहाइड्रेट के टूटने की प्रक्रिया के परिणामस्वरूप बनता है। यह लगभग सभी ऊतकों और अंगों में निहित है, लेकिन सबसे अधिक - कंकाल की मांसपेशियों में।

एटीपी की भूमिका ऊतकों के चयापचय और ऊर्जा आपूर्ति में सुधार करना है। अकार्बनिक फॉस्फेट और एडीपी में विभाजित, एडेनोसिन ट्राइफॉस्फेट ऊर्जा जारी करता है, जिसका उपयोग मांसपेशियों के संकुचन के साथ-साथ प्रोटीन, यूरिया और चयापचय मध्यवर्ती के संश्लेषण के लिए किया जाता है।

इस पदार्थ के प्रभाव में, चिकनी मांसपेशियों में छूट होती है, रक्तचाप कम हो जाता है, तंत्रिका आवेगों के प्रवाहकत्त्व में सुधार होता है, मायोकार्डियल सिकुड़न बढ़ जाती है।

उपरोक्त को देखते हुए, एटीपी की कमी से कई बीमारियां होती हैं, जैसे कि डिस्ट्रोफी, मस्तिष्क के संचार संबंधी विकार, कोरोनरी हृदय रोग आदि।

एटीपी के औषधीय गुण

मूल संरचना के कारण, एडेनोसाइन ट्राइफॉस्फेट अणु में केवल इसकी औषधीय प्रभाव विशेषता होती है, जो कि किसी भी रासायनिक घटक में निहित नहीं है। एटीपी यूरिक एसिड की एकाग्रता को कम करते हुए मैग्नीशियम और पोटेशियम आयनों की एकाग्रता को सामान्य करता है। ऊर्जा चयापचय को उत्तेजित करके, यह सुधार करता है:

• कोशिका झिल्ली के आयन परिवहन प्रणालियों की गतिविधि;
• झिल्ली की लिपिड संरचना के संकेतक;
• मायोकार्डियम की एंटीऑक्सीडेंट सुरक्षात्मक प्रणाली;
• झिल्ली पर निर्भर एंजाइमों की गतिविधि।

मायोकार्डियम में चयापचय प्रक्रियाओं के सामान्यीकरण के कारण, हाइपोक्सिया और इस्किमिया के कारण, एटीपी में एंटीरैडमिक, झिल्ली-स्थिरीकरण और एंटी-इस्केमिक प्रभाव होता है।

इसके अलावा, यह दवा सुधारती है:

• मायोकार्डियल सिकुड़न;
• बाएं वेंट्रिकल की कार्यात्मक स्थिति;
• परिधीय और केंद्रीय हेमोडायनामिक्स के संकेतक;
• कोरोनरी परिसंचरण;
• कार्डिएक आउटपुट (जो शारीरिक प्रदर्शन को बढ़ाता है)।

इस्किमिया की स्थितियों में, एटीपी की भूमिका मायोकार्डियल ऑक्सीजन की खपत को कम करना, हृदय की कार्यात्मक अवस्था को सक्रिय करना है, जिसके परिणामस्वरूप शारीरिक गतिविधि के दौरान सांस की तकलीफ कम हो जाती है और एनजाइना के हमलों की आवृत्ति कम हो जाती है।

सुप्रावेंट्रिकुलर और पैरॉक्सिस्मल सुप्रावेंट्रिकुलर टैचीकार्डिया वाले रोगियों में, अलिंद फिब्रिलेशन और स्पंदन वाले रोगियों में, यह दवा साइनस लय को बहाल करती है और एक्टोपिक फॉसी की गतिविधि को कम करती है।

एटीपी . के उपयोग के लिए संकेत

जैसा कि एटीपी के निर्देशों में बताया गया है, गोलियों में दवा के लिए निर्धारित है:

• इस्केमिक दिल का रोग;
• पोस्टिनफार्क्शन और मायोकार्डिटिस कार्डियोस्क्लेरोसिस;
• गलशोथ;
• सुप्रावेंट्रिकुलर और पैरॉक्सिस्मल सुप्रावेंट्रिकुलर टैचीकार्डिया;
• विभिन्न मूल की लय गड़बड़ी (जटिल उपचार के भाग के रूप में);
• वनस्पति विकार;
• विभिन्न मूल के हाइपरयुरिसीमिया;
• माइक्रोकार्डियोडिस्ट्रॉफी;
• क्रोनिक थकान सिंड्रोम।

एटीपी इंट्रामस्क्युलर रूप से पोलियोमाइलाइटिस, मस्कुलर डिस्ट्रॉफी और एटोनी, पिगमेंटरी रेटिनल डिजनरेशन, मल्टीपल स्केलेरोसिस, लेबर की कमजोरी, पेरिफेरल वैस्कुलर डिजीज (थ्रोम्बोआंगाइटिस ओब्लिटरन्स, रेनॉड डिजीज, इंटरमिटेंट क्लॉडिकेशन) के लिए सलाह दी जाती है।

अंतःशिरा रूप से, दवा को सुप्रावेंट्रिकुलर टैचीकार्डिया के पैरॉक्सिस्म को रोकने के लिए प्रशासित किया जाता है।

एटीपी . के उपयोग के लिए मतभेद

एटीपी के निर्देशों से संकेत मिलता है कि कार्डियक ग्लाइकोसाइड की बड़ी खुराक के साथ-साथ इसके किसी भी घटक, बच्चों, गर्भवती और स्तनपान कराने वाली महिलाओं के लिए अतिसंवेदनशीलता वाले रोगियों में दवा का उपयोग नहीं किया जाना चाहिए।

इसके अलावा, जिन रोगियों का निदान किया गया है, उन्हें इसे न लिखें:

• हाइपरमैग्नेसीमिया;
• हाइपरक्लेमिया;
• तीव्र रोधगलन दौरे;
• ब्रोन्कियल अस्थमा और अन्य सूजन संबंधी फेफड़ों के रोगों का गंभीर रूप;
• दूसरी और तीसरी डिग्री की एवी नाकाबंदी;
• रक्तस्रावी स्ट्रोक;
• धमनी हाइपोटेंशन;
• मंदनाड़ी का गंभीर रूप;
• विघटित दिल की विफलता;
• क्यूटी लम्बा होना सिंड्रोम।

एटीपी और खुराक के नियम के आवेदन की विधि

गोलियों के रूप में एटीपी को भोजन की परवाह किए बिना दिन में 3-4 बार सूक्ष्म रूप से लिया जाता है। एक एकल खुराक 10 से 40 मिलीग्राम तक भिन्न हो सकती है। उपचार की अवधि उपस्थित चिकित्सक द्वारा निर्धारित की जाती है, लेकिन आमतौर पर यह 20-30 दिन होती है। यदि आवश्यक हो, तो 10-15 दिनों के ब्रेक के बाद, पाठ्यक्रम दोहराया जाता है।

तीव्र हृदय स्थितियों में, लक्षण गायब होने तक हर 5-10 मिनट में एक खुराक ली जाती है, जिसके बाद वे एक मानक खुराक में बदल जाते हैं। इस मामले में अधिकतम दैनिक खुराक 400-600 मिलीग्राम है।

इंट्रामस्क्युलर रूप से, एटीपी को उपचार के पहले दिनों में दिन में एक बार 1% घोल के 10 मिलीग्राम पर प्रशासित किया जाता है, फिर उसी खुराक पर दिन में दो बार या 20 मिलीग्राम एक बार। चिकित्सा का कोर्स, एक नियम के रूप में, 30 से 40 दिनों तक रहता है। यदि आवश्यक हो, 1-2 महीने के ब्रेक के बाद, उपचार दोहराया जाता है।

5 सेकंड के लिए अंतःशिरा रूप से 10-20 मिलीग्राम दवा दी जाती है। यदि आवश्यक हो, तो 2-3 मिनट के बाद पुन: आसव किया जाता है।

दुष्प्रभाव

एटीपी की समीक्षाओं का कहना है कि दवा का टैबलेट रूप एलर्जी की प्रतिक्रिया, मतली, अधिजठर में असुविधा, साथ ही साथ हाइपरमैग्नेसिमिया और / या हाइपरकेलेमिया (लंबे समय तक और अनियंत्रित सेवन के साथ) के विकास को भड़का सकता है।

वर्णित दुष्प्रभावों के अलावा, जब एटीपी का उपयोग इंट्रामस्क्युलर रूप से किया जाता है, तो समीक्षाओं के अनुसार, यह सिरदर्द, क्षिप्रहृदयता और बढ़े हुए ड्यूरिसिस का कारण बन सकता है, और जब अंतःशिरा में प्रशासित किया जाता है, मतली, चेहरे की निस्तब्धता।

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एडेनोसिन ट्राइफॉस्फोरिक एसिड-एटीपी- किसी भी जीवित कोशिका का एक अनिवार्य ऊर्जा घटक। एटीपी भी एक न्यूक्लियोटाइड है जिसमें एडेनिन के नाइट्रोजनस बेस, राइबोज की चीनी और फॉस्फोरिक एसिड अणु के तीन अवशेष होते हैं। यह एक अस्थिर संरचना है। चयापचय प्रक्रियाओं में, फॉस्फोरिक एसिड के अवशेषों को क्रमिक रूप से ऊर्जा-समृद्ध, लेकिन दूसरे और तीसरे फॉस्फोरिक एसिड अवशेषों के बीच नाजुक बंधन को तोड़कर अलग किया जाता है। फॉस्फोरिक एसिड के एक अणु के अलग होने से लगभग 40 kJ ऊर्जा निकलती है। इस मामले में, एटीपी एडेनोसाइन डिफोस्फोरिक एसिड (एडीपी) में गुजरता है, और एडीपी से फॉस्फोरिक एसिड अवशेषों के आगे की दरार के साथ, एडेनोसिन मोनोफॉस्फोरिक एसिड (एएमपी) बनता है।

एटीपी की संरचना और एडीपी में इसके परिवर्तन का योजनाबद्ध आरेख (टी.ए. कोज़लोवा, वी.एस. कुचमेंको। तालिकाओं में जीव विज्ञान। एम।, 2000 )

नतीजतन, एटीपी सेल में एक प्रकार का ऊर्जा संचयक है, जो विभाजित होने पर "निर्वहन" होता है। एटीपी का टूटना प्रोटीन, वसा, कार्बोहाइड्रेट और कोशिकाओं के किसी भी अन्य महत्वपूर्ण कार्यों के संश्लेषण की प्रतिक्रियाओं के दौरान होता है। ये प्रतिक्रियाएं ऊर्जा के अवशोषण के साथ जाती हैं, जिसे पदार्थों के टूटने के दौरान निकाला जाता है।

एटीपी संश्लेषित होता हैमाइटोकॉन्ड्रिया में कई चरणों में। पहला है तैयारी -प्रत्येक चरण में विशिष्ट एंजाइमों की भागीदारी के साथ, चरणबद्ध रूप से आगे बढ़ता है। इस मामले में, जटिल कार्बनिक यौगिकों को मोनोमर्स में तोड़ दिया जाता है: प्रोटीन - अमीनो एसिड, कार्बोहाइड्रेट - ग्लूकोज, न्यूक्लिक एसिड - न्यूक्लियोटाइड्स, आदि। इन पदार्थों में बंधनों को तोड़ना ऊर्जा की एक छोटी मात्रा की रिहाई के साथ है। अन्य एंजाइमों की कार्रवाई के तहत परिणामी मोनोमर्स कार्बन डाइऑक्साइड और पानी तक सरल पदार्थों के निर्माण के साथ और अधिक अपघटन से गुजर सकते हैं।

योजना कोशिका के माइटोकॉन्ड्रिया में एटीपी का संश्लेषण

प्रसार की प्रक्रिया में पदार्थों और ऊर्जा के योजना रूपांतरण के लिए स्पष्टीकरण

चरण I - प्रारंभिक: पाचन एंजाइमों की क्रिया के तहत जटिल कार्बनिक पदार्थ सरल में टूट जाते हैं, जबकि केवल तापीय ऊर्जा निकलती है।
प्रोटीन -> अमीनो एसिड
वसा- > ग्लिसरीन और फैटी एसिड
स्टार्च -> ग्लूकोज

स्टेज II - ग्लाइकोलाइसिस (ऑक्सीजन मुक्त): हाइलोप्लाज्म में किया जाता है, झिल्ली से जुड़ा नहीं; इसमें एंजाइम शामिल हैं; ग्लूकोज टूट जाता है:

खमीर कवक में, ग्लूकोज अणु, ऑक्सीजन की भागीदारी के बिना, एथिल अल्कोहल और कार्बन डाइऑक्साइड (अल्कोहल किण्वन) में परिवर्तित हो जाता है:

अन्य सूक्ष्मजीवों में, ग्लाइकोलाइसिस को एसीटोन, एसिटिक एसिड आदि के निर्माण के साथ पूरा किया जा सकता है। सभी मामलों में, एक ग्लूकोज अणु के टूटने के साथ दो एटीपी अणुओं का निर्माण होता है। रासायनिक बंधन के रूप में ग्लूकोज के ऑक्सीजन मुक्त टूटने के दौरान, 40% ऊर्जा एटीपी अणु में बरकरार रहती है, और शेष गर्मी के रूप में समाप्त हो जाती है।

स्टेज III - हाइड्रोलिसिस (ऑक्सीजन): माइटोकॉन्ड्रिया में किया जाता है, माइटोकॉन्ड्रियल मैट्रिक्स और आंतरिक झिल्ली से जुड़ा होता है, एंजाइम इसमें भाग लेते हैं, लैक्टिक एसिड दरार से गुजरता है: C3H6Oz + 3H20 -> 3CO2 + 12H। CO2 (कार्बन डाइऑक्साइड) माइटोकॉन्ड्रिया से पर्यावरण में छोड़ा जाता है। हाइड्रोजन परमाणु प्रतिक्रियाओं की एक श्रृंखला में शामिल है, जिसका अंतिम परिणाम एटीपी का संश्लेषण है। ये प्रतिक्रियाएँ निम्नलिखित क्रम में चलती हैं:

1. हाइड्रोजन परमाणु H, वाहक एंजाइमों की सहायता से, माइटोकॉन्ड्रिया की आंतरिक झिल्ली में प्रवेश करता है, जो क्राइस्ट बनाता है, जहाँ यह ऑक्सीकृत होता है: H-e-> एच+

2. हाइड्रोजन प्रोटॉन एच+(कटियन) को वाहक द्वारा क्राइस्ट की झिल्ली की बाहरी सतह तक ले जाया जाता है। प्रोटॉन के लिए, यह झिल्ली अभेद्य है, इसलिए वे इंटरमेम्ब्रेन स्पेस में जमा हो जाते हैं, जिससे एक प्रोटॉन जलाशय बनता है।

3. हाइड्रोजन इलेक्ट्रॉन इक्राइस्ट झिल्ली की आंतरिक सतह पर स्थानांतरित हो जाते हैं और तुरंत ऑक्सीडेज एंजाइम की मदद से ऑक्सीजन से जुड़ जाते हैं, जिससे एक नकारात्मक चार्ज सक्रिय ऑक्सीजन (आयन) बनता है: O2 + e-> O2-

4. झिल्ली के दोनों किनारों पर धनायन और आयन एक विपरीत रूप से आवेशित विद्युत क्षेत्र बनाते हैं, और जब संभावित अंतर 200 mV तक पहुंच जाता है, तो प्रोटॉन चैनल काम करना शुरू कर देता है। यह एटीपी सिंथेटेस के एंजाइम अणुओं में होता है, जो क्राइस्ट बनाने वाली आंतरिक झिल्ली में एम्बेडेड होते हैं।

5. प्रोटॉन चैनल के माध्यम से हाइड्रोजन प्रोटॉन एच+माइटोकॉन्ड्रिया के अंदर भागते हैं, उच्च स्तर की ऊर्जा बनाते हैं, जिनमें से अधिकांश एडीपी और पी (एडीपी + पी -\u003e एटीपी), और प्रोटॉन से एटीपी के संश्लेषण में जाते हैं। एच+पानी और आणविक 02 बनाने, सक्रिय ऑक्सीजन के साथ बातचीत:
(4Н++202--->2Н20+02)

इस प्रकार, O2, जो जीव के श्वसन के दौरान माइटोकॉन्ड्रिया में प्रवेश करता है, हाइड्रोजन प्रोटॉन H को जोड़ने के लिए आवश्यक है। इसकी अनुपस्थिति में, माइटोकॉन्ड्रिया में पूरी प्रक्रिया रुक जाती है, क्योंकि इलेक्ट्रॉन परिवहन श्रृंखला कार्य करना बंद कर देती है। चरण III की सामान्य प्रतिक्रिया:

(2CsHbOz + 6Oz + 36ADP + 36F ---> 6C02 + 36ATP + + 42H20)

एक ग्लूकोज अणु के टूटने के परिणामस्वरूप, 38 एटीपी अणु बनते हैं: द्वितीय चरण में - 2 एटीपी और चरण III में - 36 एटीपी। परिणामस्वरूप एटीपी अणु माइटोकॉन्ड्रिया से परे जाते हैं और उन सभी सेल प्रक्रियाओं में भाग लेते हैं जहां ऊर्जा की आवश्यकता होती है। विभाजन, एटीपी ऊर्जा देता है (एक फॉस्फेट बंधन में 40 केजे होते हैं) और एडीपी और एफ (फॉस्फेट) के रूप में माइटोकॉन्ड्रिया में वापस आ जाता है।

निस्संदेह, ऊर्जा उत्पादन के मामले में हमारे शरीर में सबसे महत्वपूर्ण अणु एटीपी (एडेनोसिन ट्राइफॉस्फेट: एक एडेनिल न्यूक्लियोटाइड है जिसमें तीन फॉस्फोरिक एसिड अवशेष होते हैं और माइटोकॉन्ड्रिया में उत्पादित होते हैं)।

वास्तव में, हमारे शरीर की प्रत्येक कोशिका एटीपी के माध्यम से जैव रासायनिक प्रतिक्रियाओं के लिए ऊर्जा का भंडारण और उपयोग करती है, इसलिए एटीपी को जैविक ऊर्जा की सार्वभौमिक मुद्रा माना जा सकता है। सभी जीवित प्राणियों को प्रोटीन और डीएनए के संश्लेषण, विभिन्न आयनों और अणुओं के चयापचय और परिवहन का समर्थन करने और जीव की महत्वपूर्ण गतिविधि को बनाए रखने के लिए निरंतर ऊर्जा आपूर्ति की आवश्यकता होती है। शक्ति प्रशिक्षण के दौरान मांसपेशियों के तंतुओं को भी आसानी से उपलब्ध ऊर्जा की आवश्यकता होती है। जैसा कि पहले ही उल्लेख किया गया है, इन सभी प्रक्रियाओं के लिए ऊर्जा की आपूर्ति एटीपी द्वारा की जाती है। हालांकि, एटीपी बनाने के लिए, हमारी कोशिकाओं को कच्चे माल की आवश्यकता होती है। लोग यह कच्चा माल अपने द्वारा खाए जाने वाले भोजन के ऑक्सीकरण के माध्यम से कैलोरी के माध्यम से प्राप्त करते हैं। ऊर्जा का उत्पादन करने के लिए, इस भोजन को पहले आसानी से प्रयोग करने योग्य अणु, एटीपी में परिवर्तित किया जाना चाहिए।

उपयोग करने से पहले, एटीपी अणु को कई चरणों से गुजरना होगा।

सबसे पहले, एक विशेष कोएंजाइम तीन फॉस्फेट (प्रत्येक में ऊर्जा की दस कैलोरी युक्त) में से एक को अलग करता है, जो बड़ी मात्रा में ऊर्जा जारी करता है और प्रतिक्रिया उत्पाद एडेनोसिन डिफॉस्फेट (एडीपी) बनाता है। यदि अधिक ऊर्जा की आवश्यकता होती है, तो अगला फॉस्फेट समूह अलग हो जाता है, जिससे एडेनोसिन मोनोफॉस्फेट (एएमपी) बनता है।

एटीपी + एच 2 ओ → एडीपी + एच 3 पीओ 4 + ऊर्जा
एटीपी + एच 2 ओ → एएमपी + एच 4 पी 2 ओ 7 + ऊर्जा

जब तेजी से ऊर्जा उत्पादन की आवश्यकता नहीं होती है, तो विपरीत प्रतिक्रिया होती है - एडीपी, फॉस्फेन और ग्लाइकोजन की मदद से, फॉस्फेट समूह को अणु में फिर से जोड़ा जाता है, जिससे एटीपी बनता है। इस प्रक्रिया में मांसपेशियों में निहित अन्य पदार्थों के लिए मुक्त फॉस्फेट का स्थानांतरण शामिल है, जिसमें शामिल हैं और। उसी समय, ग्लाइकोजन स्टोर्स से ग्लूकोज लिया जाता है और टूट जाता है।

इस ग्लूकोज से प्राप्त ऊर्जा ग्लूकोज को उसके मूल रूप में वापस लाने में मदद करती है, जिसके बाद मुक्त फॉस्फेट को नए एटीपी बनाने के लिए एडीपी में फिर से जोड़ा जा सकता है। एक बार चक्र पूरा हो जाने के बाद, नव निर्मित एटीपी अगले उपयोग के लिए तैयार है।

संक्षेप में, एटीपी एक आणविक बैटरी की तरह काम करता है, जरूरत पड़ने पर ऊर्जा का भंडारण करता है और जरूरत पड़ने पर इसे जारी करता है। दरअसल, एटीपी पूरी तरह से रिचार्जेबल बैटरी की तरह है।

एटीपी . की संरचना

एटीपी अणु तीन घटकों से बना होता है:

• राइबोज (वही पांच कार्बन वाली चीनी जो डीएनए की रीढ़ बनाती है)
• एडेनिन (जुड़े कार्बन और नाइट्रोजन परमाणु)
• ट्राईफॉस्फेट

राइबोज अणु एटीपी अणु के केंद्र में स्थित होता है, जिसका किनारा एडेनोसाइन के आधार के रूप में कार्य करता है।
राइबोज अणु के दूसरी ओर तीन फॉस्फेट की एक श्रृंखला स्थित होती है। एटीपी लंबे, पतले तंतुओं को संतृप्त करता है जिसमें प्रोटीन मायोसिन होता है, जो हमारी मांसपेशियों की कोशिकाओं की रीढ़ बनाता है।

एटीपी संरक्षण

औसत वयस्क मानव शरीर प्रतिदिन लगभग 200-300 मोल एटीपी का उपयोग करता है (तिल एक प्रणाली में पदार्थ की मात्रा के लिए एक रासायनिक शब्द है जिसमें कई प्राथमिक कण होते हैं क्योंकि कार्बन -12 आइसोटोप के 0.012 किलोग्राम में कार्बन परमाणु होते हैं) . किसी भी क्षण शरीर में ATP की कुल मात्रा 0.1 मोल होती है। इसका मतलब है कि एटीपी का दिन में 2000-3000 बार पुन: उपयोग किया जाना चाहिए। एटीपी को संग्रहीत नहीं किया जा सकता है, इसलिए इसके संश्लेषण का स्तर खपत के स्तर से लगभग मेल खाता है।

एटीपी सिस्टम

ऊर्जा की दृष्टि से एटीपी के महत्व के कारण, और इसके व्यापक उपयोग के कारण, शरीर में एटीपी के उत्पादन के विभिन्न तरीके हैं। ये तीन अलग-अलग जैव रासायनिक प्रणालियाँ हैं। आइए उन पर विचार करें:

जब मांसपेशियों में गतिविधि की एक छोटी लेकिन तीव्र अवधि (लगभग 8-10 सेकंड) होती है, तो फॉस्फेजेनिक प्रणाली का उपयोग किया जाता है - एटीपी क्रिएटिन फॉस्फेट के साथ जुड़ता है। फॉस्फेन सिस्टम यह सुनिश्चित करता है कि एटीपी की एक छोटी मात्रा लगातार हमारी मांसपेशियों की कोशिकाओं में घूम रही है।

मांसपेशियों की कोशिकाओं में एक उच्च-ऊर्जा फॉस्फेट, क्रिएटिन फॉस्फेट भी होता है, जिसका उपयोग अल्पकालिक, उच्च-तीव्रता वाली गतिविधि के बाद एटीपी स्तर को बहाल करने के लिए किया जाता है। एंजाइम क्रिएटिन किनेज क्रिएटिन फॉस्फेट से फॉस्फेट समूह को हटा देता है और एटीपी बनाने के लिए इसे जल्दी से एडीपी में स्थानांतरित कर देता है। तो, मांसपेशी कोशिका एटीपी को एडीपी में परिवर्तित करती है, और फॉस्फेन जल्दी से एडीपी को एटीपी में पुनर्स्थापित करता है। उच्च-तीव्रता वाली गतिविधि के केवल 10 सेकंड के बाद क्रिएटिन फॉस्फेट का स्तर कम होना शुरू हो जाता है, और ऊर्जा का स्तर गिर जाता है। फॉस्फेजेनिक प्रणाली के काम का एक उदाहरण है, उदाहरण के लिए, 100 मीटर स्प्रिंट।

ग्लाइकोजन और लैक्टिक एसिड प्रणाली शरीर को फॉस्फेन प्रणाली की तुलना में धीमी गति से ऊर्जा प्रदान करती है, हालांकि यह अपेक्षाकृत जल्दी काम करती है और लगभग 90 सेकंड की उच्च-तीव्रता वाली गतिविधि के लिए पर्याप्त एटीपी प्रदान करती है। इस प्रणाली में, एनारोबिक चयापचय के परिणामस्वरूप मांसपेशियों की कोशिकाओं में ग्लूकोज से लैक्टिक एसिड बनता है।

इस तथ्य को देखते हुए कि शरीर अवायवीय अवस्था में ऑक्सीजन का उपयोग नहीं करता है, यह प्रणाली एरोबिक प्रणाली की तरह ही कार्डियो-श्वसन प्रणाली को सक्रिय किए बिना अल्पकालिक ऊर्जा प्रदान करती है, लेकिन समय की बचत के साथ। इसके अलावा, जब अवायवीय मोड में, मांसपेशियां जल्दी से काम करती हैं, शक्तिशाली रूप से सिकुड़ती हैं, तो वे ऑक्सीजन की आपूर्ति में कटौती करती हैं, क्योंकि वाहिकाओं को संकुचित किया जाता है।

इस प्रणाली को कभी-कभी अवायवीय श्वसन के रूप में जाना जाता है, और 400 मीटर स्प्रिंट एक अच्छा उदाहरण है।

यदि शारीरिक गतिविधि मिनटों की भावना से अधिक समय तक चलती है, तो एरोबिक प्रणाली को काम में शामिल किया जाता है, और मांसपेशियों को पहले एटीपी से, फिर वसा से और अंत में अमीनो एसिड () से प्राप्त होता है। प्रोटीन का उपयोग मुख्य रूप से भुखमरी (कुछ मामलों में परहेज़) की स्थिति में ऊर्जा के लिए किया जाता है।

एरोबिक श्वसन के दौरान, एटीपी उत्पादन सबसे धीमा होता है, लेकिन कई घंटों तक शारीरिक गतिविधि का समर्थन करने के लिए पर्याप्त ऊर्जा होती है। ऐसा इसलिए है क्योंकि एरोबिक श्वसन के दौरान, ग्लाइकोजन-लैक्टिक एसिड प्रणाली में लैक्टिक एसिड द्वारा प्रतिकार किए बिना ग्लूकोज कार्बन डाइऑक्साइड और पानी में टूट जाता है। एरोबिक श्वसन के दौरान ग्लाइकोजन (ग्लूकोज का एक संग्रहित रूप) तीन स्रोतों से आता है:

1. जठरांत्र संबंधी मार्ग में भोजन से ग्लूकोज का अवशोषण, जो संचार प्रणाली के माध्यम से मांसपेशियों में प्रवेश करता है।
2. मांसपेशियों में बचा हुआ ग्लूकोज
3. यकृत ग्लाइकोजन का ग्लूकोज में टूटना, जो संचार प्रणाली के माध्यम से मांसपेशियों में प्रवेश करता है।

निष्कर्ष

यदि आपने कभी सोचा है कि हमें विभिन्न परिस्थितियों में विभिन्न प्रकार की गतिविधियों को करने के लिए ऊर्जा कहाँ से मिलती है, तो इसका उत्तर है - ज्यादातर एटीपी से। यह जटिल अणु विभिन्न खाद्य घटकों को प्रयोग करने योग्य ऊर्जा में परिवर्तित करने में सहायता करता है।

एटीपी के बिना, हमारा शरीर बस कार्य करने में सक्षम नहीं होगा। इस प्रकार, ऊर्जा उत्पादन में एटीपी की भूमिका बहुआयामी है, लेकिन साथ ही सरल भी है।

हमारे शरीर की किसी भी कोशिका में लाखों जैव रासायनिक प्रतिक्रियाएं होती हैं। वे विभिन्न प्रकार के एंजाइमों द्वारा उत्प्रेरित होते हैं जिन्हें अक्सर ऊर्जा की आवश्यकता होती है। सेल इसे कहाँ ले जाता है? इस प्रश्न का उत्तर दिया जा सकता है यदि हम एटीपी अणु की संरचना पर विचार करें - ऊर्जा के मुख्य स्रोतों में से एक।

एटीपी ऊर्जा का एक सार्वभौमिक स्रोत है

एटीपी का मतलब एडेनोसिन ट्राइफॉस्फेट, या एडेनोसिन ट्राइफॉस्फेट है। पदार्थ किसी भी कोशिका में ऊर्जा के दो सबसे महत्वपूर्ण स्रोतों में से एक है। एटीपी की संरचना और जैविक भूमिका निकट से संबंधित हैं। अधिकांश जैव रासायनिक प्रतिक्रियाएं केवल किसी पदार्थ के अणुओं की भागीदारी के साथ हो सकती हैं, विशेष रूप से यह लागू होती है। हालांकि, एटीपी शायद ही कभी सीधे प्रतिक्रिया में शामिल होता है: किसी भी प्रक्रिया के होने के लिए, ऊर्जा की आवश्यकता होती है जो ठीक एडेनोसिन ट्राइफॉस्फेट में निहित होती है।

पदार्थ के अणुओं की संरचना ऐसी होती है कि फॉस्फेट समूहों के बीच बनने वाले बंधों में भारी मात्रा में ऊर्जा होती है। इसलिए, ऐसे कनेक्शनों को मैक्रोर्जिक, या मैक्रोएनेरगेटिक (मैक्रो = कई, बड़ी संख्या) भी कहा जाता है। यह शब्द सबसे पहले वैज्ञानिक एफ. लिपमैन द्वारा पेश किया गया था, और उन्होंने उन्हें नामित करने के लिए आइकन ̴ का उपयोग करने का भी सुझाव दिया था।

कोशिका के लिए एडेनोसाइन ट्राइफॉस्फेट के निरंतर स्तर को बनाए रखना बहुत महत्वपूर्ण है। यह मांसपेशियों के ऊतकों और तंत्रिका तंतुओं की कोशिकाओं के लिए विशेष रूप से सच है, क्योंकि वे सबसे अधिक ऊर्जा पर निर्भर हैं और अपने कार्यों को करने के लिए एडेनोसिन ट्राइफॉस्फेट की उच्च सामग्री की आवश्यकता होती है।

एटीपी अणु की संरचना

एडेनोसिन ट्राइफॉस्फेट तीन तत्वों से बना होता है: राइबोज, एडेनिन, और

राइबोज़- एक कार्बोहाइड्रेट जो पेंटोस के समूह से संबंधित है। इसका मतलब है कि राइबोज में 5 कार्बन परमाणु होते हैं, जो एक चक्र में संलग्न होते हैं। राइबोज पहले कार्बन परमाणु पर β-N-ग्लाइकोसिडिक बंधन द्वारा एडेनिन से जुड़ा होता है। साथ ही, पांचवें कार्बन परमाणु पर फॉस्फोरिक एसिड के अवशेष पेंटोस से जुड़े होते हैं।

एडेनिन एक नाइट्रोजनयुक्त क्षार है।इसके आधार पर राइबोज से नाइट्रोजनस बेस जुड़ा होता है, जीटीपी (ग्वानोसिन ट्राइफॉस्फेट), टीटीपी (थाइमिडीन ट्राइफॉस्फेट), सीटीपी (साइटिडाइन ट्राइफॉस्फेट) और यूटीपी (यूरिडीन ट्राइफॉस्फेट) को भी अलग किया जाता है। ये सभी पदार्थ एडेनोसिन ट्राइफॉस्फेट की संरचना में समान हैं और लगभग समान कार्य करते हैं, लेकिन वे कोशिका में बहुत कम आम हैं।

फॉस्फोरिक एसिड के अवशेष. एक राइबोज से अधिकतम तीन फॉस्फोरिक एसिड अवशेष जोड़े जा सकते हैं। यदि उनमें से दो या केवल एक हैं, तो, पदार्थ को क्रमशः एडीपी (डाइफॉस्फेट) या एएमपी (मोनोफॉस्फेट) कहा जाता है। यह फॉस्फोरस अवशेषों के बीच है कि मैक्रोएनेरजेनिक बॉन्ड समाप्त हो जाते हैं, जिसके टूटने के बाद 40 से 60 kJ ऊर्जा निकलती है। यदि दो बंधन टूट जाते हैं, तो 80, कम बार - 120 kJ ऊर्जा निकलती है। जब राइबोज और फास्फोरस अवशेषों के बीच का बंधन टूट जाता है, तो केवल 13.8 kJ निकलता है, इसलिए ट्राइफॉस्फेट अणु (P ̴ P ̴ P) में केवल दो उच्च-ऊर्जा बंधन होते हैं, और एक ADP अणु (P ̴) में होता है। पी)।

एटीपी की संरचनात्मक विशेषताएं क्या हैं। इस तथ्य के कारण कि फॉस्फोरिक एसिड अवशेषों के बीच एक मैक्रोएनेरजेनिक बंधन बनता है, एटीपी की संरचना और कार्य परस्पर जुड़े हुए हैं।

एटीपी की संरचना और अणु की जैविक भूमिका। एडीनोसिन ट्राइफॉस्फेट के अतिरिक्त कार्य

ऊर्जा के अलावा, एटीपी कोशिका में कई अन्य कार्य कर सकता है। अन्य न्यूक्लियोटाइड ट्राइफॉस्फेट के साथ, ट्राइफॉस्फेट न्यूक्लिक एसिड के निर्माण में शामिल होता है। इस मामले में, एटीपी, जीटीपी, टीटीपी, सीटीपी और यूटीपी नाइट्रोजनस बेस के आपूर्तिकर्ता हैं। इस संपत्ति का उपयोग प्रक्रियाओं और प्रतिलेखन में किया जाता है।

आयन चैनलों के संचालन के लिए एटीपी की भी आवश्यकता होती है। उदाहरण के लिए, Na-K चैनल सेल से सोडियम के 3 अणुओं को पंप करता है और पोटेशियम के 2 अणुओं को सेल में पंप करता है। झिल्ली की बाहरी सतह पर एक सकारात्मक चार्ज बनाए रखने के लिए इस तरह के आयन करंट की आवश्यकता होती है, और केवल एडेनोसिन ट्राइफॉस्फेट की मदद से ही चैनल कार्य कर सकता है। यही बात प्रोटॉन और कैल्शियम चैनलों पर भी लागू होती है।

एटीपी दूसरे मैसेंजर सीएमपी (चक्रीय एडेनोसिन मोनोफॉस्फेट) का अग्रदूत है - सीएमपी न केवल कोशिका झिल्ली रिसेप्टर्स द्वारा प्राप्त संकेत को प्रसारित करता है, बल्कि एक एलोस्टेरिक प्रभावकारक भी है। एलोस्टेरिक प्रभावकारक ऐसे पदार्थ हैं जो एंजाइमी प्रतिक्रियाओं को तेज या धीमा करते हैं। तो, चक्रीय एडेनोसिन ट्राइफॉस्फेट एक एंजाइम के संश्लेषण को रोकता है जो बैक्टीरिया कोशिकाओं में लैक्टोज के टूटने को उत्प्रेरित करता है।

एडेनोसिन ट्राइफॉस्फेट अणु स्वयं भी एक एलोस्टेरिक प्रभावकारक हो सकता है। इसके अलावा, ऐसी प्रक्रियाओं में, एडीपी एटीपी प्रतिपक्षी के रूप में कार्य करता है: यदि ट्राइफॉस्फेट प्रतिक्रिया को तेज करता है, तो डिपोस्फेट धीमा हो जाता है, और इसके विपरीत। ये एटीपी के कार्य और संरचना हैं।

कोशिका में ATP कैसे बनता है

एटीपी के कार्य और संरचना ऐसी है कि पदार्थ के अणु जल्दी से उपयोग और नष्ट हो जाते हैं। इसलिए, कोशिका में ऊर्जा के निर्माण में ट्राइफॉस्फेट का संश्लेषण एक महत्वपूर्ण प्रक्रिया है।

एडेनोसिन ट्राइफॉस्फेट को संश्लेषित करने के तीन सबसे महत्वपूर्ण तरीके हैं:

1. सब्सट्रेट फास्फारिलीकरण।

2. ऑक्सीडेटिव फास्फारिलीकरण।

3. फोटोफॉस्फोराइलेशन।

सब्सट्रेट फॉस्फोराइलेशन कोशिका के कोशिका द्रव्य में होने वाली कई प्रतिक्रियाओं पर आधारित होता है। इन प्रतिक्रियाओं को ग्लाइकोलाइसिस - एनारोबिक चरण कहा जाता है। 1 ग्लाइकोलाइसिस चक्र के परिणामस्वरूप, 1 ग्लूकोज अणु से दो अणुओं को संश्लेषित किया जाता है, जो आगे ऊर्जा उत्पादन के लिए उपयोग किए जाते हैं, और दो एटीपी भी संश्लेषित होते हैं।

• सी 6 एच 12 ओ 6 + 2 एडीपी + 2 एफएन -> 2 सी 3 एच 4 ओ 3 + 2 एटीपी + 4 एच।

कोशिका श्वसन

ऑक्सीडेटिव फास्फारिलीकरण झिल्ली के इलेक्ट्रॉन परिवहन श्रृंखला के साथ इलेक्ट्रॉनों के हस्तांतरण द्वारा एडेनोसिन ट्राइफॉस्फेट का निर्माण है। इस स्थानांतरण के परिणामस्वरूप, झिल्ली के एक तरफ एक प्रोटॉन ढाल का निर्माण होता है, और एटीपी सिंथेज़ के प्रोटीन इंटीग्रल सेट की मदद से अणुओं का निर्माण होता है। प्रक्रिया माइटोकॉन्ड्रियल झिल्ली पर होती है।

माइटोकॉन्ड्रिया में ग्लाइकोलाइसिस और ऑक्सीडेटिव फास्फारिलीकरण के चरणों का क्रम श्वसन नामक समग्र प्रक्रिया को बनाता है। एक पूरे चक्र के बाद, सेल में 1 ग्लूकोज अणु से 36 एटीपी अणु बनते हैं।

Photophosphorylation

फोटोफॉस्फोराइलेशन की प्रक्रिया केवल एक अंतर के साथ एक ही ऑक्सीडेटिव फास्फारिलीकरण है: प्रकाश की क्रिया के तहत कोशिका के क्लोरोप्लास्ट में फोटोफॉस्फोराइलेशन प्रतिक्रियाएं होती हैं। प्रकाश संश्लेषण के प्रकाश चरण के दौरान एटीपी का उत्पादन होता है, हरे पौधों, शैवाल और कुछ बैक्टीरिया में मुख्य ऊर्जा-उत्पादन प्रक्रिया।

प्रकाश संश्लेषण की प्रक्रिया में, इलेक्ट्रॉन एक ही इलेक्ट्रॉन परिवहन श्रृंखला से गुजरते हैं, जिसके परिणामस्वरूप एक प्रोटॉन ढाल का निर्माण होता है। झिल्ली के एक तरफ प्रोटॉन की सांद्रता एटीपी संश्लेषण का स्रोत है। अणुओं का संयोजन एंजाइम एटीपी सिंथेज़ द्वारा किया जाता है।

औसत कोशिका में कुल द्रव्यमान का 0.04% एडेनोसिन ट्राइफॉस्फेट होता है। हालांकि, उच्चतम मूल्य मांसपेशी कोशिकाओं में मनाया जाता है: 0.2-0.5%।

एक कोशिका में लगभग 1 बिलियन एटीपी अणु होते हैं।

प्रत्येक अणु 1 मिनट से अधिक नहीं रहता है।

एडेनोसिन ट्राइफॉस्फेट का एक अणु दिन में 2000-3000 बार नवीनीकृत होता है।

कुल मिलाकर, मानव शरीर प्रति दिन 40 किलोग्राम एडेनोसिन ट्राइफॉस्फेट का संश्लेषण करता है, और हर समय एटीपी की आपूर्ति 250 ग्राम होती है।

निष्कर्ष

एटीपी की संरचना और इसके अणुओं की जैविक भूमिका निकट से संबंधित हैं। पदार्थ जीवन प्रक्रियाओं में एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है, क्योंकि फॉस्फेट अवशेषों के बीच मैक्रोर्जिक बांड में भारी मात्रा में ऊर्जा होती है। एडेनोसिन ट्राइफॉस्फेट कोशिका में कई कार्य करता है, और इसलिए पदार्थ की निरंतर एकाग्रता बनाए रखना महत्वपूर्ण है। क्षय और संश्लेषण तेज गति से आगे बढ़ते हैं, क्योंकि जैव रासायनिक प्रतिक्रियाओं में बांड की ऊर्जा का लगातार उपयोग किया जाता है। यह शरीर की किसी भी कोशिका का एक अनिवार्य पदार्थ है। एटीपी की संरचना के बारे में शायद यही कहा जा सकता है।